帕金森病脑白质改变的磁共振弥散张量成像研究

陈正华　李炳荣★ 叶世明

帕金森病脑白质改变的磁共振弥散张量成像研究

陈正华李炳荣★ 叶世明

目的 应用基于纤维束示踪的空间统计分析方法（TBSS）的磁共振扩散张量成像（DTI）技术，探索帕金森病（PD）患者脑白质微结构可能存在的异常。方法 对56例PD患者和28例健康志愿者进行DTI扫描。分析PD组与正常对照组全脑白质纤维束各向异性分数（FA）骨架图的差异。结果 与正常对照组比较，PD组在双侧放射冠前部、上放射冠、内囊、大脑脚、上纵束、外囊、矢状层、丘脑后辐射、视辐射、小脑上脚，左侧钩束、右侧扣带束、右侧小脑中脚，以及穹窿、胼胝体等广泛白质纤维束FA值显著减低（P＜0.05）。结论 PD患者存在运动下行传导通路投射纤维、与边缘系统相关的联络纤维和连合纤维以及胼胝体等广泛脑白质微结构破坏。

帕金森病 磁共振 弥散张量成像 TBSS 各向异性分数

帕金森病（Parkinson's disease，PD）主要病理改变是黑质多巴胺能神经元进行性变性、缺失，但PD病变并不局限在黑质，而是随着疾病进展逐渐向边缘系统以及广泛新皮层等多个脑区发展，相应白质也会受损［1-2］。磁共振扩散张量成像（DTI）可较好地对白质微结构病变进行识别和定量分析。基于纤维束示踪的空间统计分析方法（TBSS）能对DTI数据进行自动、准确地分析，可对不同受试者的主要纤维束精确配准，准确定位、定量研究［3］。目前，国内少有学者应用TBSS方法研究PD脑白质改变。本研究旨在应用基于TBSS的DTI技术，探索PD患者的脑白质微结构可能存在的异常。

1　临床资料

1.1一般资料 选取2012年6月至2014年12月在本院就诊的符合英国帕金森病学会脑库PD临床诊断标准的原发性PD患者。共入组56例PD患者，均为右利手，其中男30例，女26例；年龄44～79岁，平均年龄（62.24±8.37）岁。2013年6月至2014年2月从社区招募健康志愿者28例入组，均为右利手，其中男15例，女13例；年龄49～82岁，平均年龄（61.46±6.59）岁。PD组与正常对照组年龄、性别差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2设备及方法 采用Philips 3.0 T磁共振成像系统。所有病例均行矢状位 3D高分辨率T1WI结构像（TR：8.4ms，TE：3.0ms，层厚：1.2mm，间隔：0，层数：140层）以及DTI（TR：2987ms，TE：94ms，FOV：240mm×240mm，矩阵：128×128，层厚：3mm，间隔：0，层数：40层）扫描，DTI序列扩散敏感系数b值取0s/ mm2和1000s/mm2，扩散敏感梯度场施加方向为31个。

1.3数据后处理及分析 应用牛津大学脑功能磁共振中心开发的FSL 4.0软件对DTI图像数据进行处理和分析。计量资料以（±s）表示，组间比较采用独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1两组脑白质纤维束各向异性分数（FA）骨架图差异 与正常对照组比较，PD组FA值显著减低的脑白质纤维束（P＜0.05）包括：双侧放射冠前部、上放射冠、内囊前后肢、大脑脚、上纵束、外囊、矢状层（包括下纵束、额枕下束）、丘脑后辐射、视辐射、穹窿脚与终纹、小脑上脚，左侧钩束、右侧扣带束、右侧小脑中脚，穹窿、胼胝体膝部、体部和压部，以及双侧额叶、顶叶、颞叶、枕叶广泛皮层下的弓状纤维。与PD组比较，正常对照组无FA值显著减低的脑白质纤维束。

2.2PD患者脑白质主要纤维束FA值的异常 对PD组与正常对照组各纤维束的FA值进行独立样本t检验，结果见表1。

表1　两组主要白质纤维束FA值独立样本t检验结果统计（±s）

表1　两组主要白质纤维束FA值独立样本t检验结果统计（±s）

注：矢状层包括下纵束和额枕下束

FA值取值部位MNI坐标（x，y，z）PD组（n=56）正常对照组（n=28）P值左侧内囊前肢（-21，14，10）0.4611±0.06780.4971±0.05650.011右侧内囊前肢（20，14，9）0.4801±0.07680.5319±0.07050.003左侧内囊后肢（-20，-19，0）0.7168±0.03850.7411±0.04160.004右侧内囊后肢（19，-9，7）0.6862±0.05180.7078±0.04760.034左侧外囊（-30，-8，11）0.3406±0.05760.3793±0.05210.002右侧外囊（31，-7，12）0.3756±0.05190.4087±0.04760.002左侧放射冠前部（-24，35，-2）0.4112±0.05120.4537±0.0522＜0.001右侧放射冠前部（25，36，-3）0.4190±0.05230.4611±0.0531＜0.001胼胝体膝部（6，29，1）0.7761±0.04810.7974±0.03550.015胼胝体体部（13，18，23）0.6094±0.05060.6573±0.05170.001胼胝体压部（19，-42，23）0.7079±0.04080.7356±0.05120.003左侧矢状层（-40，-15，-10）0.4113±0.04980.4514±0.05010.002右侧矢状层（41，-20，-9）0.4383±0.04580.4817±0.0443＜0.001

3　讨论

DTI通过量化水分子的弥散程度反映脑白质组织结构的空间方向性和完整性，应用纤维束示踪技术进行三维重建，能直观地反映白质纤维束的走行、缺失与疏密［4-6］。因此，DTI可以较好地对一些常规脑MRI检查序列不易察觉的白质微结构病变进行识别和定量分析。FA作为DTI的评价指标，反映组织水分子整体弥散方向［7］。白质纤维束由于受到髓鞘化、纤维束走行、致密性以及轴索的影响，FA值较高［8］，如果白质纤维束的完整性受到破坏，那么水分子弥散将倾向于各向同性，FA值则减低。

TBSS应用于脑白质的DTI研究中，能对数据进行自动、准确地分析，在一定程度上克服了基于体素分析（VBA）方法在配准和平滑等过程中的不足，可对不同受试者的主要纤维束精确配准，定位、定量研究准确［3］。简而言之，TBSS方法首先构建一组DTI图像的平均FA骨架图，代表所有受试者较大的白质纤维束中心，然后将各受试者的FA图投射至平均FA骨架图上，以确保骨架图上每一个体素的FA值均来自于最邻近的白质纤维束中心，从而避免了图像配准不精确和平滑带来的问题［3］。

从功能解剖角度，脑白质的作用主要是将皮层与皮层或皮层下灰质连接起来，构成完整的功能体系［9］，白质完整性是保证轴突传导功能的基础。PD是一种中枢神经退行性疾病，其主要病理改变是黑质多巴胺能神经元进行性变性、缺失，但随着病情进展，脑白质也会受损［1，2，10］。有研究表明，对于PD患者，脑白质异常既可导致肌张力增高、运动迟缓等运动症状，又可导致认知障碍、嗅觉减退、自主神经功能紊乱等非运动症状的发生［11］。

本研究发现，与正常对照组比较，PD患者广泛脑白质FA值均显著减低（P＜0.05），并且涵盖了联络纤维、连合纤维和投射纤维这三类脑白质神经纤维束。说明PD患者存在广泛的脑白质微结构破坏。PD患者的双侧前、上放射冠、内囊、大脑脚均有白质微结构破坏，意味着包括皮质脊髓束、皮质脑桥束、皮质延髓束以及皮质纹状体束等在内的运动下行传导通路投射纤维结构破坏，提示PD患者运动系统除经典的锥体外系受累外，锥体系亦可能受累，这可能与PD患者初级运动皮层的皮质可塑性改变有关。PD患者的双侧上纵束、外囊、矢状层（包括下纵束与额枕下束）、左侧钩束、右侧扣带束这些联络纤维，以及属于连合纤维的穹窿，均有白质微结构破坏。这些与边缘系统相关的纤维束，多数在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）患者中表现有微结构损害［12］。提示PD患者存在的认知障碍症状可能与这些白质纤维束微结构破坏有关。有研究表明，帕金森病痴呆（Parkinson's disease with dementia，PDD）患者和AD患者的基底前脑胆碱能系统神经元缺失，是导致认知功能减退的病理生理机制［13］。而扣带束、外囊、钩束等相关联络纤维是迈内特（Meynert）基底核神经元向大脑皮层输送大量乙酰胆碱的通路。所以这些纤维束微结构破坏，可能是导致PD患者认知功能障碍的原因之一。另外，由于边缘系统与内脏活动的调节以及情绪反应亦有密切关系，所以这些与边缘系统相关的纤维束微结构破坏，亦可能与PD患者可能存在的自主神经功能紊乱以及精神心理症状（焦虑、抑郁）有关。本研究发现，PD患者的胼胝体存在广泛微结构破坏，PD患者双侧肢体运动协调能力下降，亦可能与其胼胝体广泛微结构破坏有关。本资料结果显示，PD患者双侧丘脑后辐射、视辐射存在微结构破坏。这些纤维束不仅与视觉功能有关，还与运动表象、视觉空间工作记忆的形成相关，在运动准备阶段具有重要作用。这些纤维束微结构破坏，可能加重PD患者的相关运动障碍。小脑上脚主要由小脑的传出纤维组成，该部位损伤将影响肌张力和运动的调节［9］。因此，PD患者双侧小脑上脚存在纤维束微结构破坏，可能是导致患者运动相关症状的原因之一。

综上所述，PD患者广泛脑白质微结构破坏可能与PD的病理机制相关，亦可能因此加重PD患者运动相关症状、认知障碍、精神心理症状（焦虑、抑郁）以及自主神经功能紊乱。

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Objective Tract-based spatial statistics（TBSS）was used in a diffusion tensor magnetic resonance imaging（DTI）study to investigate the brain white matter microstructure abnormalities in patients with Parkinson's disease（PD）. Methods Totally 56 clinically diagnosed PD patients and age- and gender-matched 28 normal controls（NC）were included to take DTI examination. All subjects were scanned with Philips 3.0 T MR system. The DTI data were processed and analyzed by FSL 4.0 soft. Two-sample t-test was used to examine the fractional anisotropy（FA）differences between PD group and NC group. Results Compared to NC group，PD group had significantly decreased FA values in multiple fibers including bilateral anterior corona radiata（ACR），superior corona radiata（SCR），internal capsule（IC），cerebral peduncle（CP），superior longitudinal fasciculus（SLF），external capsule（EC），sagittal stratum（inferior longitudinal fasciculus（ILF）and inferior frontooccipital fasciculus（IFOF），posterior thalamic radiation including the optic radiation（PTR），crus of the fornix or stria terminalis（FxST），superior cerebellar peduncle（SCP），as did left uncinate fasciculus（UF），right cingulum，right middle cerebellar peduncle（MCP），the fornix，corpus callosum（CC），and arcuate fibers subjacent to several frontal，parietal，temporal and occipital gyri（P＜0.05，FWE corrected）.

Conclusions There are diffuse white matter microstructure deficits in PD patients. The fiber microstructure deficits mainly happen in several areas including the whole corticofugal tract，limbic system related association fibers and commissural fibers，corpus callosum，posterior thalamic radiation including the optic radiation，and cerebellar efferent fibers.

Parkinson's disease Magnetic resonance imaging Diffusion tensor imaging Tract-based spatial statistics Fractional anisotropy

323700 浙江省丽水市龙泉人民医院放射科（陈正华叶世明）

323000 浙江省丽水市中心医院放射科（李炳荣）